Tantal je vatrostalni metal s talištem od 2996 stupnjeva i gustoćom od oko 16,6 g/cm³. Njegova odlučujuća inženjerska prednost je kemijska inertnost: metal razvija tanki, samo-zacjeljujući Ta2O5pasivni film koji ostaje stabilan u većini mineralnih kiselina, s fluorovodičnom kiselinom i vrućim koncentriranim alkalijama koje su glavne iznimke. Obrađeni oblici uključuju šipku, žicu, lim, traku, foliju, cijev, materijal za pričvršćivanje i završne-strojne komponente, sve proizvedeno od sinteriranih ili-elektronskim snopom taljenih ingota koji se naknadno valjaju, izvlače ili strojno obrađuju do konačnog oblika.
Sa stajališta proizvodnje, tantal se više ponaša kao bakar nego kao volfram. Rastuljiv je, rad-brzo stvrdnjava i treba oštar alat, male brzine rezanja i velikodušan protok rashladne tekućine. Žarenje se obično provodi u visokom vakuumu ili inertnom plinu visoke-čistoće jer metal pokupi kisik, dušik i vodik na povišenoj temperaturi, a intersticijsko preuzimanje brzo uništava duktilnost i koroziju.
Električne i elektroničke aplikacije
Najveća pojedinačna upotreba dijelova obrađenih tantalom je čvrsti elektrolitski kondenzator. Sinterirane tantalne anode nude veliki kapacitet po jedinici volumena, nisku struju curenja i stabilan kapacitet u širokom temperaturnom rasponu, što ih čini nezamjenjivima u radarskim sustavima, vođenim projektilima, nadzvučnim letjelicama i elektroničkim računalima. Industrija kondenzatora koristi tantal prvenstveno kao prah i finu žicu; osim kondenzatora, ploče, trake i cijevi od tantala koriste se za cijevi za emisiju elektrona, komponente elektronskih cijevi velike-snage, getere u vakuumskim uređajima i mete za prskanje za taloženje tankog-sloja.
Oprema za kemijske procese
Tantal je odabran za kemijsku upotrebu gdje nehrđajući čelici, legure na bazi-nikla i nikla ne uspijevaju, najčešće u okruženjima klorovodične i sumporne kiseline. Tipični proizvodi su petrokemijski izmjenjivači topline, grijači, koncentratori, reaktorske posude, stupovi, tornjevi, cjevovodi i ventili. Metal se često ekonomično koristi oblaganjem ili oblaganjem ugljičnog čelika, a zatim izradom mokrih dijelova od tantala, pri čemu se isti stupanj primjenjuje za čepove za popravak, bajunet grijače i termouloške. Budući da se pasivni film ponovno obnavlja odmah nakon oštećenja, oprema od tantala tolerira manje mehaničke udare koji bi doveli do stvaranja rupa u leguri pasivnog-filma kao što je titan.
Visoko{0}}temperaturne i svemirske primjene
Legure tantala koriste se kao komore za izgaranje i konstrukcijski materijal-otporne na toplinu, visoke-čvrstoće u nadzvučnim letjelicama. Legura tantal-volframa tipa Ta-10W klasičan je materijal za mlaznice: zadržava čvrstoću od otprilike 8 kgf/mm² (oko 78 MPa) na 1650 stupnjeva, kombinaciju čvrstoće i otpornosti na puzanje kojoj malo koji konkurentni vatrostalni metali može pri toj temperaturi. Tantal karbid se koristi sam ili s drugim karbidima kao prevlaka za kalupe za kovanje, alate za rezanje, lopatice turbina mlaznih motora, ventile i raketne mlaznice. Njegova tvrdoća se približava tvrdoći dijamanta i glavna je komponenta alata od cementnog karbida.
Biomedicinske i implantološke primjene
Tantal pokazuje stabilnost i toleranciju tkiva u kontaktu s ljudskim tkivom i stoga se koristi za kirurške popravne materijale, umjetnu kost, koštane ploče, vijke, ukosnice za fiksiranje i igle za šivanje. Porozne strukture tantala dopuštaju urastanje kosti, a nelegirani tantal priznat je kao implantacijski materijal u ASTM F560 za primjenu kirurških implantata, dok je tantalov prah namijenjen kirurškim implantatima obuhvaćen ISO 13782. Visoka gustoća tantala je nedostatak za implantate koji-nose veliko opterećenje, ali prednost u radiokontaktnim markerima i komponentama koje moraju biti otporne mikrokretanje.
Tipična svojstva i primjenjive specifikacije
| Vlasništvo | Tipična vrijednost (žareni materijal) |
|---|---|
| Talište | 2996 stupnjeva |
| Gustoća | 16,6 g/cm³ |
| Vlačna čvrstoća | oko 345 MPa |
| Elongacija | oko 30 % |
| Modul elastičnosti | oko 186 GPa |
| Električni otpor | oko 13,5 µΩ·cm |
| Toplinska vodljivost | oko 57 W/(m·K) |
| Radna temperatura u inertnoj atmosferi | do oko 2500 stupnjeva |
Vrsta kondenzatora: tantalov prah i žica sa strogo kontroliranim razinama kisika i nečistoća.
Klasa kemijske opreme: lim, traka i cijev za oblaganje, oblaganje i izrađene posude.
Klasa legure: proizvodi od tantala-volframa tipa Ta-10W za visoke temperature.
Vrsta implantata: nelegirani tantal i porozni tantal za medicinske uređaje.
Pokrivenost specifikacija za obrađene oblike obično se navodi kao ASTM B365 za šipku i žicu, ASTM B708 za ploče, limove, trake i folije i ASTM B521 za proizvode od legura tantal-volframa. Narudžbenica bi uvijek trebala definirati kvalitetu, temperaturu, dimenzije, završnu obradu površine i dopuštene granice međuprostornih nečistoća, jer ove varijable kontroliraju i mogućnost oblikovanja i korozijsko ponašanje.
Često postavljana pitanja
P: Zašto je u kemijskoj opremi odabran tantal umjesto titana?
Titan ovisi o oksidnom filmu koji ne uspijeva reducirati kiseline, dok tantal zadržava svoj pasivni film u službi klorovodične i sumporne kiseline, tako da preživljava okruženja u kojima titan pada.
P: Koja je točka taljenja i gustoća tantala?
Tantal se tali na 2996 stupnjeva i ima gustoću od oko 16,6 g/cm³, otprilike dvostruko veću od čelika.
P: Koliko je jaka legura mlaznice od tantal-volframa na visokoj temperaturi?
Legura tipa Ta-10W zadržava približno 8 kgf/mm², oko 78 MPa, na 1650 stupnjeva, zbog čega se koristi za mlaznice raketa i projektila.
P: Može li se tantal strojno obrađivati i variti?
Da. Strojevi s tantalom vole mekane, duktilne metale i mogu se zavarivati, ali svi topli radovi i zavarivanje moraju biti zaštićeni od kisika, dušika i vodika kako bi se spriječila krtost.
P: Koristi li se tantal u medicinskim implantatima?
Da. Nelegirani tantal priznat je u ASTM F560 za kirurške implantate i koristi se za koštane pločice, vijke, igle za šivanje, porozne strukture za urastanje kosti i radiokontaktne markere.
P: Koje se specifikacije odnose na dijelove obrađene tantalom?
Najčešće reference su ASTM B365 za šipku i žicu, ASTM B708 za ploče, ploče, trake i foliju, ASTM B521 za proizvode od legura tantal-volframa i ISO 13782 za implantat u prahu.
